A 3D nyomtatás és a bioprinting Bari Ferenc intézetvezető egyetemi tanár

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "A 3D nyomtatás és a bioprinting Bari Ferenc intézetvezető egyetemi tanár"

Benjámin Balázs
5 évvel ezelőtt
Látták:

1 A 3D nyomtatás és a bioprinting Bari Ferenc intézetvezető egyetemi tanár Szeged, 2018, november 28

2 Miről fogok ma beszélni 1. A fejlődés hajtóerői igény a személyre szabott orvoslásra és a 3D nyomtatás lehetőségei 2. A 3D nyomtatás eddigi fejlődése nyomtatási technikák 3. Megoldási lehetőségek az orvoslás-egészségügyi ellátásterületén

3 A 3 D nyomtatás rövid történeti áttekintése 1. Az 1970-es évek eleje- Pierre A. L. Ciraud leírja a por alapú nyomtatás elvét rétegenként rakja fel az anyagot és pontonként összeolvasztja (a műanyag és fém nyomtatás alapelve); korábban : forgácsolás, öntés, hideg, meleg megmunkálás; 2. Később (R. Husehold és C. Deckard) lézer sugár felhasználásával kialakítja az összesütés (sintering) technológiát 3. Az első kereskedelmi forgalomba kerülő 3D nyomtató folyadék alapú és UV fénnyel fotopolimerizálta a műgyantát 4. Ezt követte a 80-as, 90es évek S. Crump- olvasztásos technikája, majd E. Sachs szabadalma a 3D nyomtatóra (porított anyag és lokális ragasztó anyagok alkalmazása)

5 A tudományos világ érdeklődése (3D printig AND Medicine)

6 Hol tarthatunk most?

Powder Bed Fusion E.g.: Selective laser sintering (SLS) "Selective laser melting system schematic" by Materialgeeza - Own work. Licensed under CC BY- SA 3.

7 Powder Bed Fusion E.g.: Selective laser sintering (SLS) "Selective laser melting system schematic" by Materialgeeza - Own work. Licensed under CC BY- SA 3.0 via Commons - File:Selective_laser_melting_system_schematic.jpg

Vat Photopolymerisation Examples: SLA (stereolithography) CLIP (Continuous Liquid Interface Production) "Stereolithography apparatus" by Materialgeeza - Own work.

8 Vat Photopolymerisation Examples: SLA (stereolithography) CLIP (Continuous Liquid Interface Production) "Stereolithography apparatus" by Materialgeeza - Own work. Licensed under CC BY-SA 3.0 via Commons - ki/file:stereolithography_apparatu s.jpg#/media/file:stereolithograph y_apparatus.jpg

9 A 3 D technika fő alkalmazási területei Az orvosi alkalmazások és a felhasználási területek/lehetőségek száma ugrásszerűen emelkedik; Számos felosztási lehetőség létezik: 1. Szövetek és szervek növesztése (gyártása) 2. Személyre szabott protézisek, végtagok stb. gyártása 3. Anatómiai (sebészeti) modellek (szervek, szövetek, komplex struktúrák) előállítása 4.Gyógyszergyártás- fejlesztés, személyre szabott adagolás stb.

12 A 3D nyomtatásnál mérlegelendő szempontok 1. Milyen anyagból 2. Nagyság 3. Mechanikai tulajdonságok 4. Felbontás 5. Pontosság 6. Gyorsaság 7. Költség 8. Támasztó anyag

13 A szerv-szövet (protézis) nyomtatás alapjai 1. Megbízható képalkotó eljárásokkal (CT, MR) elkészített rétegfelvételek; ill. számítógépes tervezés (pl. intelligens művégtag) 2. Adott csont, szerv, szövet kiemelése a környezetéből 3. CAD kompatibilis képátvitel 4. Megfelelő pontosság (rétegvastagság) beállítása 5. Rétegenkénti nyomtatás 6. Utómunkálatok Modellezés (tervezés) nyomtatás utómunkálatok (hő/és felület kezelés, stb.)

14 Beépíthető protézisek modellek

15 Intelligens, egyedi támasztó rendszerek

16 Koponyacsont pótlás Bio-hasonló billentyű

17 Miért szükséges a szervek nyomtatása Néhány elgondolkodtató adat

18 Egyesült Államokbeli adatok (2017)

19 Az élő szövet nyomtatásának lépései

20 Mi is az a 3 dimenziós bionyomtatás? -A biológia és a 3D technika kombinációja- közös fejlődése -Az a folyamat,a mikor mesterséges szervet/szövetet készítünk bioprinter segítségével -Jelenleg még nincs olyan szerv(!) amelyet sikeresen előállítottak volna, de dolgoznak rajta (biztatóak a kísérletek) -Az első (legjelentősebb) cég a területen az Organovo -Tíz évvel ezelőtt már csikeresen nyomtattak szív izomszövetet és ereket (csirke)

23 Hogyan készül az emberi szövet / szerv?

24 Hogyan működik? - biotintát (bioink) alkalmaznak, amely őssejtek szuszpenziója -a printer feje mozog és cseppenként kerülnek az egyes rétegek lerakásra - A printer egy réteget elhelyez egy ún. bio papírra (amely kollagén víz és hidrogél keveréke) --Amikor a sejtek összeérnek (kapcsolatokat hoznak létre) a biopapírt eltávolítják

25 A 3D bioprinting nyomtatás menete

26 A bio-nyomtatás egyes megoldási lehetőségei Megoldandó feladatok- problémák 1. sejtsűrűség- nyomtatási sebesség 2. Vivő anyagok, ill. bio hálók (extracelluláris mátrix) 3. Életképesség (a nyomtatás káros hatása)

27 A 3D nyomtatás menete -

28 Az élő szövet nyomtatásának lépései 1. Ideális bioreaktor 2. Belső mechanizmusok serkentése első sikeres mesterséges erek 3. Funkciopnális egységek reprodukciója

Hol tartunk- melyek a legerősebben kutatott iráynok? 1. Erek és érrendszerek- saját ér ujdonképződés 2. Fogászati implantátumok- saját fog? 3. Hasnyálmiríny cukorbetegség kezelése 4.

29 Hol tartunk- melyek a legerősebben kutatott iráynok? 1. Erek és érrendszerek- saját ér ujdonképződés 2. Fogászati implantátumok- saját fog? 3. Hasnyálmiríny cukorbetegség kezelése 4. Csontszövetek pótlása 5. Porcszövetek növesztése 6. Bőrgyógyászati alkalmazások 7. Idegrenszer regeneráció(skizofrénia, autizmus stb) 8. Májszövet növesztés 9. Szemhéj rekonstrukció

31 Miért is nem működik? -nagyon nehéz az érhálózatot és a primer szövetet együtt növeszteni -A szerveknek nagyon sok olyan másodlagos funkcója is van, amit nem lehet ma még másolni

32 Előnyök és hátrányok -A mesterséges szervek saját sejtekből épülnek fel -Nincs kilökődési reakció -Nem kell immunszupresszív terápia a szervátültetést követően. Nem kellenek donorok kisebb a pszichés nyomás Nincs várólista (ideális esetben) -A nyomtatók dollár be kerülnek -vélhetően ma még drágább mint a transzplantáció -Az őssejtek alkalmazása még ma is kérdéses Az őssejtek növesztése, tenyésztése drága -Ma még nincsenek átütő sikerek

34 Bőr nyomtatása hordozó háló és saját sejttenyészet felhasználásával

35 Egyes bioprinterek előnyei és hátrányai Material viscosities Gelation methods mpa/s Bioprinter type Inkjet Microextrusion Laser assisted Refs. Chemical, photocrosslinking 30 mpa/s to > mpa/s Chemical, photocrosslinking, sheer thinning, temperature mpa/s 48,63,78,107 Chemical, photocrosslinking 64,85,106,110 Preparation time Low Low to medium Medium to high 38,64,94,107 Print speed Resolution or droplet size Fast (1 10,000 droplets per second) Slow (10 50 μm/s) Medium-fast (200 1,600 mm/s) <1 pl to >300 pl droplets, 50 μm wide 5 μm to millimeters wide 49,58,76,90 Microscale resolution 49,68,69,76 Cell viability >85% 40 80% >95% 42,54,80,104 Cell densities Low, <10 6 cells/ml High, cell spheroids Medium, 10 8 cells/ml 42,49,88,89 Printer cost Low Medium High 77

36 3D nyomtatás- személyre szabott gyógyszerelés

39 SLA/DLP technológia DMSL Technológia v FDM/FFF Technológia SLS Technológia

40 Miért jó ez a technológia? 1. Egy különleges tudású eszköz! (De csak egy eszköz.) 2. Személyre szabható 3. Gyorsan módosítható; 4. Bonyolult térformák is könnyen; 5. Esetenként nagyon gyors; 6. Költséghatékony (lehet)

41 Összegzés 1. Minden területen a high-tech alkalmazása (szerves fejlődés) eredménye a 3D 2. Partneri viszonyok újra fogalmazása (egyedi megoldások széleskörű lehetősége). 3. Önálló megoldások keresése (aktív újító, résztvevő, innovátor 4. Nehezen jósolható meg a kimenet!!

Hasonló dokumentumok

3D számítógépes geometria és alakzatrekonstrukció

3D számítógépes geometria és alakzatrekonstrukció 3D nyomtatás http://cg.iit.bme.hu/portal/node/312 https://www.vik.bme.hu/kepzes/targyak/viiima01 Dr. Várady Tamás, Dr. Salvi Péter BME, Villamosmérnöki